(57)【要約】【課題】  掘削残土の処分地内での降水や地下水等による水の流動を考慮して評価することのできる経済的な試験方法の提供。【解決手段】  掘削残土からの自然由来金属の水系中への長期的な溶出傾向を評価するための試験方法である。採取された試験対象である掘削残土から一定範囲内の粒径の岩石等を分出し試験試料を得る分出ステップと、所定量の溶出液及び試験試料を容器に投入して攪拌する攪拌ステップと、時間経過に対して溶出液について物理測定を行う測定ステップと、溶出液及び試験試料の前記容器への投入から所定時間の経過後に溶出液から試験試料を取り出し乾燥させる乾燥ステップと、を含み、乾燥後の試験試料を用いて、攪拌ステップ、測定ステップ、及び、乾燥ステップの一連ステップを更に繰り返すことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削残土からの自然由来金属の水系中への長期的な溶出傾向を評価するための試験方法であって、
採取された試験対象である掘削残土から一定範囲内の粒径の岩石等を分出し試験試料を得る分出ステップと、
所定量の溶出液及び前記試験試料を容器に投入して攪拌する攪拌ステップと、
時間経過に対して前記溶出液について物理測定を行う測定ステップと、
前記溶出液及び前記試験試料の前記容器への投入から所定時間の経過後に前記溶出液から前記試験試料を取り出し乾燥させる乾燥ステップと、
を含み、乾燥後の前記試験試料を用いて、前記攪拌ステップ、前記測定ステップ、及び、前記乾燥ステップの一連ステップを更に繰り返すことを特徴とする試験方法。
【請求項２】
前記分出ステップは、ふるいによって一定範囲内の粒径の岩石等を分出することを特徴とする請求項１記載の試験方法。
【請求項３】
前記所定時間は、前記一連ステップの繰り返しにおいて、前回のそれよりも長い時間であることを特徴とする請求項１又は２記載の試験方法。
【請求項４】
前記一連ステップを少なくとも３回以上繰り返すことを特徴とする請求項３記載の試験方法。
【請求項５】
前記溶出液は、純水であることを特徴とする請求項１乃至４のうちの１つに記載の試験方法。
【請求項６】
前記物理測定は、ｐＨ測定であることを特徴とする請求項１乃至４のうちの１つに記載の試験方法。
【請求項７】
前記物理測定は、電気伝導率測定であることを特徴とする請求項１乃至５のうちの１つに記載の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削残土からの自然由来金属の水系中への長期的な溶出傾向を評価するための試験方法に関し、処分地内での降水や地下水等による水の流動を考慮した溶出傾向を評価するための試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路工事やトンネル工事のような土木工事において、掘り起こされた掘削残土にはヒ素、セレン、カドミウム、鉛、クロム、亜鉛、銅、水銀などの有害な元素が微量に含まれていることがある。（以下において、これらの元素を単に「重金属元素等」と称する。）このため、掘り返された掘削残土が雨水や地下水等の水に曝されると、自然由来の重金属元素等が水系中へ溶出して、自然環境を汚染することが指摘されている。かかる状況も１つの発端となって、土壌汚染の状況を把握し土壌汚染による人の健康被害を防止することを目的とした土壌汚染対策法が施行された。これに併せ、土壌についての各種試験方法も定められた。
【０００３】
例えば、特許文献１では、土壌中の重金属元素等の土壌溶出量及び含有量を分析する方法について、上記した土壌汚染対策法に基づく溶出量試験法（公定法）で得られた試験溶液に対して、蛍光Ｘ線分析で定量分析する方法を開示している。ここで対象とされる定量試験結果は、比較的短期的に自然由来の重金属元素等が水系中へ溶出する量についてのものである。
【０００４】
また、掘削残土の処分地内での降水や地下水等による水の流動を考慮して分析を行う方法も知られている。例えば、非特許文献１では、粒状若しくは破砕試料を溶出液に対して一定の割合で加え、所定時間だけ溶出操作後、固液を分離し液体を所定の方法で分析し、更に溶出液を新しいものに交換して同様の溶出操作を繰り返す試験方法を紹介している。かかる試験方法は、上記した特許文献１でも用いられたような公定法に準じて実施される場合が多く、得られるデータは、土壌中の重金属元素等のうち、可溶性成分の一時的な放出量を推定するために用い得るものであると述べられている。
【０００５】
ところで、非特許文献２では、掘削残土における酸化溶出を例に挙げて、自然由来の重金属元素等の水系中への溶出についての、長期的な特性評価の必要性について述べている。ここでは非特許文献３を引用し、八甲田トンネルで行った全岩化学組成分析を基にした溶出能力の評価について、さらに多面的な評価をすべきであることを指摘している。
【０００６】
例えば、上記した処分地内での降水や地下水等による水の流動を考慮した場合、非特許文献４で用いられているようなカラム（column）法による試験方法などが長期的な特性評価の典型的手法として挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２４５５７９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】独立行政法人土木研究所「建設工事における自然由来重金属等含有岩石・土壌への対応マニュアル」、土木研究所資料第４１５６号、平成２２年１月、巻末「Ａｐｐｅｎｄｉｘ３０」
【非特許文献２】太田岳洋「土壌汚染対策技術の現状と実例  ７．自然由来の重金属汚染問題と実例」、地盤工学会誌、第５８巻、第３号、第７９〜８６頁
【非特許文献３】服部修一、太田岳洋、木谷日出男「酸性水発生に関わる掘削残土の応用地質学的検討  −鉱山に近接して施工される八甲田山トンネルにおける岩石特性評価法−」、応用地質誌、第４３巻、第６号、第３５９〜３７１頁
【非特許文献４】BoStromberg、Steven Banwart「Weathering kinetics of waste rock from the Aitik copper mine, Sweden: scaledependent rate factors and pH controls in large column experiments」、Contaminant Hydrology誌、第３９巻、１９９９年、第５９〜８９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
更に、非特許文献２では、例えば、八甲田トンネルで行った評価において、重金属や酸性水の溶出の危険性の高いズリを集積したにもかかわらず、このような酸性や高濃度の重金属元素を含む浸出水が発生しなかったなど、多くの自然条件を考慮した多面的な評価を行わなければならず、より経済的な評価方法が求められることを述べている。かかる評価方法のうち、処分地内での降水や地下水等による水の流動を考慮した場合、非特許文献４のカラム法は試験装置が複雑であり、より経済的に評価できることが望まれるのである。
【００１０】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、掘削残土からの自然由来金属の水系中への長期的な溶出傾向を評価するための試験方法であり、掘削残土の処分地内での降水や地下水等による水の流動を考慮した溶出傾向を評価することのできる経済的な試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による試験方法は、掘削残土からの自然由来金属の水系中への長期的な溶出傾向を評価するための試験方法であって、採取された試験対象である掘削残土から一定範囲内の粒径の岩石等を分出し試験試料を得る分出ステップと、所定量の溶出液及び前記試験試料を容器に投入して攪拌する攪拌ステップと、時間経過に対して前記溶出液について物理測定を行う測定ステップと、前記溶出液及び前記試験試料の前記容器への投入から所定時間の経過後に前記溶出液から前記試験試料を取り出し乾燥させる乾燥ステップと、を含み、乾燥後の前記試験試料を用いて、前記攪拌ステップ、前記測定ステップ、及び、前記乾燥ステップの一連ステップを更に繰り返すことを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、新しい溶出液を用いて溶出を繰り返し行わせしめることで、掘削残土の処分地内での降水や地下水等による水の流動を考慮した評価を複雑な試験装置を必要とすることなく与え得るのである。すなわち、経済的な評価が可能である。
【００１３】
上記した発明において、前記分出ステップは、ふるいによって一定範囲内の粒径の岩石等を分出することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、長期的な溶出傾向の評価を複雑な試験装置を必要とすることなく与え得るのである。
【００１４】
上記した発明において、前記所定時間は、前記一連ステップの繰り返しにおいて、前回のそれよりも長い時間であることを特徴としてもよい。ここで前記一連ステップを少なくとも３回以上繰り返すことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、長期的な溶出傾向の評価を複雑な試験装置を必要とすることなく容易に与え得るのである。
【００１５】
上記した発明において、前記溶出液は、純水であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、新しい溶出液で繰り返し溶出をする上で容易に溶出液を調製できるから経済的な評価が可能である。
【００１６】
上記した発明において、前記物理測定は、ｐＨ測定であることを特徴としてもよい。また、前記物理測定は、電気伝導率測定であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、物理測定が安定且つ容易にできるから経済的な評価が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による試験方法を示すフロー図である。
【図２】攪拌時間及び測定時期を示す図である。
【図３】ｐＨ測定及び電気伝導率測定の結果を示す図である。
【図４】ｐＨ測定及び電気伝導率測定の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、本発明による掘削残土からの自然由来金属の水系中への長期的な溶出傾向を評価するための試験方法について図１及び図２を用いて説明する。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、試験対象となる掘削残土を乾燥させて破砕し、一定の範囲内の粒径の岩石等を分出する（Ｓ１）。本実施例においては、粒径２ｍｍ〜１０ｍｍの岩石等を分出するものとする。そこで、掘削残土を網目１０ｍｍのふるいと網目２ｍｍのふるいに順にかけ、網目２ｍｍのふるいに残った岩石等を試料とした。
【００２０】
次に、１回目の溶出ステップ（Ｓｇ１）は、図１（ｂ）に示すように、攪拌（Ｓ１１）、測定（Ｓ１２）及び乾燥（１３）の３つのステップからなる。
【００２１】
詳細には、分出された試料５０ｇとともに、溶出液として試料の重量に対する重量比を１０、つまり、５００ｍｌの純水を三角フラスコなどの容器に投入して、これを攪拌子と攪拌装置を用いて５００ｒ．ｐ．ｍ．で所定時間だけ攪拌する（Ｓ１１）。ここで、計時は、容器に試料及び溶出液の双方が投入されたときをゼロとする。純水には、例えば、イオン交換樹脂を用いて得た脱イオン水や、蒸留水を用いることができる。溶出液を純水とすることで、容易に一定の溶出液を調整できる。
【００２２】
所定時間の経過後、物理測定を行う（Ｓ１２）。本実施例において物理測定として、溶出液のｐＨ及び電気伝導率の測定を行った。ｐＨの測定には、例えば、ガラス電極を用いた市販のデジタルｐＨ計を使用することができる。また、電気伝導率の測定には、例えば、電極法を用いた市販のＥＣメータを使用することができる。ｐＨ及び電気伝導率の測定は安定的にかつ容易に行い得るので、これに基づく溶出傾向の評価を経済的に行うことができる。
【００２３】
図２には、本実施例における攪拌時間と測定時期を例示した。すなわち、１回目の溶出ステップ（Ｓｇ１）においては、攪拌（Ｓ１１）は１日行い、１日が経過した時、すなわち攪拌終了時に上記した物理測定（Ｓ１２）を行っている。以下では、図２のスケジュールに沿って説明する。
【００２４】
溶出ステップ（Ｓｇ１）における攪拌（Ｓ１１）及び測定（Ｓ１２）が終了したら、溶出液を濾過するなどして試料を取出し、乾燥させる（Ｓ１３）。また、乾燥させた試料の重量を測定する。
【００２５】
以上で、１回目の溶出ステップ（Ｓｇ１）が完了する。ここまでの攪拌時間の合計は１日間である。
【００２６】
引き続き、２回目の溶出ステップ（Ｓｇ２）を行う。なお、２回目の溶出ステップ（Ｓｇ２）においては、１回目の溶出ステップ（Ｓｇ１）後の試料の乾燥重量に対して、１：１０となるように新たに準備した純水を試料とともに容器に入れて、５００ｒ．ｐ．ｍ．にて攪拌する（Ｓ１１）。
【００２７】
図２を併せて参照すると、２回目の溶出ステップ（Ｓｇ２）では、攪拌時間を７日間とし、測定時期は２回目の溶出ステップにおいて試料を容器に投入して攪拌を開始してから、１日、２日、３日、６日、７日をそれぞれ経過した時とした。つまり、攪拌（Ｓ１１）の途中及び終了後などの任意の時期に複数回の測定（Ｓ１２）を行う。測定においては、１回目の溶出ステップ（Ｓｇ１）での測定と同様に、溶出液のｐＨ及び電気伝導率を測定する。
【００２８】
２回目の溶出ステップ（Ｓｇ２）での攪拌（Ｓ１１）及び測定（Ｓ１２）を全て終了したら、溶出液を濾過するなどして、試料を取出し、乾燥させる（Ｓ１３）。また、乾燥させた試料の重量を測定する。
【００２９】
以上で、２回目の溶出ステップ（Ｓｇ２）が完了する。ここまでの攪拌時間の合計は、１回目の溶出ステップ（Ｓｇ１）と合わせて８日間となる。
【００３０】
さらに、３回目の溶出ステップ（Ｓｇ３）においても、同様に、２回目の溶出ステップ（Ｓｇ２）後の試料の乾燥重量に対して、１：１０となるように新たに準備した純水を試料とともに容器に投入して、５００ｒ．ｐ．ｍ．にて攪拌する（Ｓ１１）。また、攪拌中及び／又は攪拌後の任意に定められた測定時期に測定を行う（Ｓ１２）。ここで、図２に示すように、３回目の溶出ステップ（Ｓｇ３）において、攪拌時間は２１日間とし、測定時期は、１日、６日、１１日、１３日、１４日、１５日、１８日、１９日、２１日をそれぞれ経過した時とした。測定（Ｓ１２）においても、２回目の溶出ステップ（Ｓｇ２）と同様に、溶出液のｐＨ及び電気伝導率を測定する。
【００３１】
３回目の溶出ステップ（Ｓｇ３）における攪拌（Ｓ１１）及び測定（Ｓ１２）を全て終了したら、溶出液を濾過するなどして、試料を取出し乾燥させる（Ｓ１３）。また、乾燥させた試料の重量を測定する。
【００３２】
以上で、３回目の溶出ステップ（Ｓｇ３）が完了する。ここまでの攪拌時間の合計は、１回目及び２回目の溶出ステップ（Ｓｇ１及びＳｇ２）と合わせて、２９日間となった。本実施例においては、この溶出の一連ステップの繰り返しを３回としたが、さらに同様に繰り返すこともできる。また、２回目以降の溶出ステップにおいて、容器に投入する溶出液の量を１回目の溶出ステップと同量としてもよい。
【００３３】
なお、溶出ステップ（Ｓｇ１〜Ｓｇ３）の前後において試料の重量を測定し、溶出による試料の重量変化を測定してもよい。一連ステップの最後に試料を乾燥させるので、重量変化の測定が正確に出来るのである。
【００３４】
また、本実施例においては試料の分出において掘削残土を破砕しているが、これを破砕せずにふるいにかけてもよい。破砕を行わないと、掘削残土の表面を変化させずに処分地内の土壌と同様な表面のままで溶出試験を行うことができる。また、破砕を行わずふるいを使用することで複雑な装置を使用する必要がなく、効率的且つ経済的に分出を行うことができる。
【００３５】
次に、上記した溶出液のｐＨと電気伝導率の測定例について、図３及び図４を用いて説明する。
【００３６】
図３（ａ）及び（ｂ）には、東京都品川区の相模層群の泥質堆積物を試験対象とした上記した溶出試験によって得られた溶出液のｐＨ及び電気伝導率（EC：Electrical Conductivity）をそれぞれ示した。なお、図中では、「ステップバッチ方式」として示した。また、比較例として、環境省告示第１８号に基づいた溶出試験及びカラム方式での測定結果を図中では、それぞれ「公定法」及び「カラム方式」として示した。
【００３７】
なお、「カラム方式」の溶出試験では、内径１６ｍｍのプラスチック製のカラムに試料を１０ｇ又は２０ｇ入れ、ペリスタルティックポンプにより脱イオン水をカラム下から供給することで一定の速度で通水を行っている。その上で、カラム上から湧出した水をフラクションコレクタにより採取し、分画してｐＨ及び電気伝導率を測定している。
【００３８】
図３において、横軸は、公定法では振とう時間、カラム方式では通水時間、ステップバッチ方式では攪拌時間をそれぞれ示している。図３（ａ）に示すように、ｐＨについて、カラム方式では、７日（１６８時間）経過後まで下降し、その後徐々に上昇する傾向にある。一方、本実施例によるステップバッチ方式では、１回目の溶出ステップｇ１から２回目の溶出ステップｇ２に、さらに３回目の溶出ステップｇ３にかけて徐々に上昇する傾向にある。つまり、ｐＨの実測値は異なるが、どちらも時間経過後に上昇傾向にある。なお、公定法による６時間の振とう後のｐＨも参考に表示した。
【００３９】
また、図３（ｂ）に示すように、電気伝導率について、カラム方式では通水時間とともに下降傾向が認められ、ステップバッチ方式においても溶出ステップｇ１からｇ３にかけて下降傾向が認められる。つまり、電気伝導率の実測値は異なるが、どちらも時間経過に伴い下降傾向にあるという電気伝導率の変化の傾向は同様である。
【００４０】
ところで、カラム方式は掘削残土の処分地内での降水や地下水等による水の流動を考慮し、土壌への水の浸透を模した溶出試験である。しかし、溶出する物質の溶出液中の濃度は、通水速度や温度などの様々な自然条件で異なる。よって、溶出された物質の濃度で変化するｐＨなどの物理量（測定値）そのものは、ある特定の自然条件における溶出の結果の反映であり、条件が異なると数値自体は意味を有さない。そこで、溶出を定量的に推定するのではなく、その傾向を評価することが好ましい。水の流動を考慮した本溶出試験では、時間の経過に対して複数回の測定を行い、その測定値の相対的な変化傾向に基づいて長期的な溶出傾向の評価を行っている。
【００４１】
上記したように、ステップバッチ方式による溶出試験の測定値は、カラム方式の溶出試験の測定値とは異なるが、互いの変化傾向は一致する。つまり、長期的な溶出傾向の評価において、ステップバッチ方式の溶出試験によってもカラム方式の溶出試験と同様の溶出傾向の評価を行うことができるのである。つまり、ステップバッチ方式の溶出試験によれば、カラム方式のような複雑な装置を用いた溶出試験に代わって、掘削残土の処分地内での降水や地下水等による水の流動を考慮した評価を経済的に与え得るのである。
【００４２】
また、図４（ａ）及び（ｂ）には、兵庫県朝来市の熱水変質を受けた火山岩類を試験対象とした溶出試験で得られた溶出液のｐＨ及び電気伝導率をそれぞれ示した。なお、図中では、「ステップバッチ方式」として示した。また、比較例として、環境省告示第１８号に基づいて溶出試験を行って得た測定結果を「公定法」として示した。また、溶出液の交換を行わないバッチ方式の溶出試験である「八甲田方式」による測定結果も示した。かかる「八甲田方式」は、バッチ方式の溶出試験であり、試験対象となる掘削残土を乾燥させ、１０ｍｍ以下の粒径に粉砕した試料１００ｇを蒸留水５００ｍｌとともに振とう容器で振とうし、３分間後、静置して物理測定を行う試験方法である。
【００４３】
図４において、横軸は、ステップバッチ方式の攪拌時間、公定法の振とう時間、八甲田方式の静置時間をそれぞれ示している。
【００４４】
図４（ａ）に示すように、ｐＨについて、本実施例のステップバッチ方式では、1回目の溶出ステップｇ４から２回目の溶出ステップｇ５に、さらに３回目の溶出ステップｇ６にかけて徐々に上昇する傾向にある。八甲田方式では、静置時間の経過とともに下降傾向にあり、ステップバッチ方式とは異なるｐＨの変化傾向を示す。なお、公定法による６時間の振とう後のｐＨも参考までに表示した。
【００４５】
図４（ｂ）に示すように、電気伝導率について、本実施例のステップバッチ方式では、溶出ステップｇ５及びｇ６のそれぞれの一連ステップ内においては、攪拌時間の経過とともに上昇するものの、溶出ステップｇ４からｇ６にかけて一連ステップごとに下降傾向が認められる。対して、八甲田方式では、静置時間の経過に伴い上昇傾向にあり、ステップバッチ方式とは異なる電気伝導率の変化傾向を示した。
【００４６】
このように、溶出液を交換しないバッチ方式である八甲田方式では、水の流動を考慮した評価を与え得るステップバッチ方式とは異なる測定値の変化傾向を与える。バッチ方式の溶出試験では、溶出した物質が溶出液中に加算され続け、溶出した物質によるｐＨなどの水質の変化が常に溶出に影響を与え続ける。そのため、水の流動を考慮した溶出試験、すなわち水の流動に伴い溶出した物質を排出しながら新たな水を供給させる溶出試験とは、異なる溶出傾向になるものと考えられる。
【００４７】
以上のように、本実施例によるステップバッチ方式の溶出試験では、一連ステップごとに新しい溶出液を用いて溶出を繰り返し行わせることで、カラム方式の通水による溶出試験と同様の物理測定の測定値の変化傾向が得られる。よって、自然由来金属の水系中への長期的な溶出傾向を評価するにあたり、カラム方式の溶出試験と同様に、掘削残土の処分地内での降水や地下水等による水の流動を考慮した評価を与え得る。また、複雑な装置を必要とするカラム方式とは異なり、簡単な装置で試験を実施できるため経済的である。
【００４８】
また、上記したように、溶出ステップの攪拌時間をその前に行われる溶出ステップの攪拌時間よりも長くすることで、溶出試験の時間経過に伴う単位時間あたりの溶出量の減少を補い、長期的な溶出傾向の評価を容易に行うことができる。
【００４９】
また、溶出ステップの繰り返しの回数を３回以上とすることで、図３や図４に示すように、一連ステップごとの測定値の変化傾向が現れやすくなるので、溶出傾向の評価を容易に行うことができる。
【００５０】
以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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